JP2007242572A

JP2007242572A - Connection mechanism for fuel cartridge for fuel battery, and fuel battery using the connection mechanism

Info

Publication number: JP2007242572A
Application number: JP2006067017A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Takahashi; 賢一高橋; Hiroyuki Hasebe; 裕之長谷部; Koichi Kawamura; 公一川村; Kenji Yoshihiro; 憲司吉弘; Akira Yamamori; 陽山盛; Hiroaki Hayashi; 浩昭林
Original assignee: Toshiba Corp; Toyo Seikan Kaisha Ltd; Toshiba Electronic Engineering Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Development and Engineering Corp; Toyo Seikan Group Holdings Ltd
Priority date: 2006-03-13
Filing date: 2006-03-13
Publication date: 2007-09-20

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress cutting of a guide groove coworking with a key portion and of a projection formed on the guide groove in using a connection mechanism consisting of a nozzle and a socket as a connection mechanism for a fuel cartridge. <P>SOLUTION: According to the connection mechanism, the nozzle 9 disposed on the fuel cartridge is inserted in the socket 6 disposed on a fuel battery body to connect the nozzle 9 and socket 6. The nozzle 9 has the guide groove 18 formed on its outer periphery, and a projection 19 or connection state check portion having a recession that is formed near the terminal of the guide groove 18. The socket 6 is so formed as to project from its inner periphery, and has the key portion 29 that is engaged with the guide groove 18 to guide insertion of the fuel cartridge, and an expansion/contraction mechanism 30 that expands and contracts the key portion 29 in a direction of projection of the key portion 29. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は燃料電池用燃料カートリッジの接続機構とそれを用いた燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cartridge connecting mechanism for a fuel cell and a fuel cell using the same.

近年、ノートパソコンや携帯電話等の各種携帯用電子機器を長時間充電なしで使用可能とするために、これら携帯用電子機器の電源に燃料電池を用いる試みがなされている。燃料電池は燃料と空気を供給するだけで発電することができ、燃料のみを補給すれば連続して長時間発電することができるという特徴を有している。このため、燃料電池を小型化できれば、携帯用電子機器の電源として極めて有利なシステムといえる。 In recent years, attempts have been made to use a fuel cell as a power source for portable electronic devices such as notebook computers and mobile phones so that they can be used for a long time without being charged. A fuel cell has a feature that it can generate electric power only by supplying fuel and air, and can generate electric power continuously for a long time by replenishing only fuel. For this reason, if the fuel cell can be reduced in size, it can be said that the system is extremely advantageous as a power source for portable electronic devices.

直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ：direct methanol fuel cell）は小型化が可能であり、さらに燃料の取り扱いも容易であるため、携帯機器用の電源として有望視されている。ＤＭＦＣにおける液体燃料の供給方式としては、気体供給型や液体供給型等のアクティブ方式、また内部気化型等のパッシブ方式が知られている。これらのうち、パッシブ方式はＤＭＦＣの小型化に対して有利である。例えば、特許文献１や特許文献２には液体燃料を保持する燃料浸透層と、燃料浸透層中に保持された液体燃料の気化成分を拡散させて燃料極に供給する燃料気化層とを具備する内部気化型ＤＭＦＣが記載されている。 A direct methanol fuel cell (DMFC) is promising as a power source for portable devices because it can be miniaturized and the fuel can be easily handled. As a liquid fuel supply method in the DMFC, an active method such as a gas supply type and a liquid supply type, and a passive method such as an internal vaporization type are known. Of these, the passive method is advantageous for downsizing the DMFC. For example, Patent Literature 1 and Patent Literature 2 include a fuel permeation layer that holds liquid fuel, and a fuel vaporization layer that diffuses a vaporized component of the liquid fuel held in the fuel permeation layer and supplies it to the fuel electrode. An internal vaporization type DMFC is described.

内部気化型等のパッシブ型ＤＭＦＣは、燃料タンクと液体燃料を気化させる機構とを具備しており、この燃料タンクに対してサテライトタイプ（外部注入式）の燃料カートリッジを用いて液体燃料を供給している。燃料カートリッジを用いて液体燃料を供給する場合、バルブ機構を内蔵するノズル部とソケット部とで構成されたカップラを用いて、液体燃料の遮断並びに注入を行うことが検討されている（例えば特許文献３参照）。ノズル部とソケット部には、燃料カートリッジの挿入を案内するために、例えばノズル部側に案内溝を設け、この案内溝と係合するキー部をソケット部側に設けることが試みられている。
特許第3413111号公報特開2004-171844号公報特開2004-127824号公報 An internal vaporization type passive type DMFC has a fuel tank and a mechanism for vaporizing liquid fuel, and supplies liquid fuel to the fuel tank using a satellite type (external injection type) fuel cartridge. ing. When liquid fuel is supplied using a fuel cartridge, it has been studied to cut off and inject liquid fuel using a coupler configured with a nozzle portion and a socket portion that incorporates a valve mechanism (for example, Patent Documents). 3). In order to guide the insertion of the fuel cartridge in the nozzle part and the socket part, for example, an attempt is made to provide a guide groove on the nozzle part side and a key part to be engaged with the guide groove on the socket part side.
Japanese Patent No. 3413111 JP 2004-171844 A Japanese Patent Laid-Open No. 2004-127824

上述したように、ＤＭＦＣ側の燃料タンクと燃料カートリッジとの接続には、ノズル部とソケット部とで構成されたカップラが用いられているが、単にノズル部をソケット部に挿入しただけでは接続状態を固定（ロック）することができない。そこで、ノズル部の外周面に設けられる案内溝を途中から周方向に変位させたり、あるいは案内溝の終端部近傍にキー部が乗り越えることが可能な突起（凸部）を設けることが検討されている。 As described above, a coupler composed of a nozzle part and a socket part is used for connection between the fuel tank on the DMFC side and the fuel cartridge, but the connection state is obtained simply by inserting the nozzle part into the socket part. Cannot be fixed (locked). Therefore, it is considered to displace the guide groove provided on the outer peripheral surface of the nozzle part in the circumferential direction from the middle, or to provide a protrusion (convex part) that allows the key part to get over in the vicinity of the terminal part of the guide groove. Yes.

しかしながら、ノズル部側の案内溝は樹脂で形成されているのに対して、ソケット部側のキー部は金属製であることから、燃料カートリッジの接続操作を繰り返し実施した際に、樹脂製の案内溝が金属製のキー部で削られてしまうおそれがある。特に、燃料カートリッジの接続操作時に、操作者に対してロック感（クリック感）を与えるために、案内溝の終端部近傍に突起を設けた場合、この突起自体が金属製のキー部で削り取られることで、持続的にロック感（クリック感）を付与することができないという問題が生じる。 However, the guide groove on the nozzle portion side is formed of resin, whereas the key portion on the socket portion side is made of metal. Therefore, when the fuel cartridge is repeatedly connected, the guide made of resin is used. There is a possibility that the groove is shaved by a metal key. In particular, when a protrusion is provided in the vicinity of the terminal end portion of the guide groove in order to give the operator a lock feeling (click feeling) when connecting the fuel cartridge, the protrusion itself is scraped off by a metal key portion. As a result, there arises a problem that a lock feeling (click feeling) cannot be given continuously.

本発明はこのような課題に対処するためになされたもので、燃料カートリッジの接続機構にノズル部とソケット部とによる接続機構を適用するにあたって、キー部による案内溝やそれに設けられる突起の削れを抑制することによって、ロック状態やロック感を持続的に維持することを可能にした燃料電池用燃料カートリッジの接続機構、およびそのような燃料カートリッジの接続機構を適用した燃料電池を提供することを目的としている。 The present invention has been made to cope with such a problem, and in applying a connection mechanism including a nozzle part and a socket part to a connection mechanism of a fuel cartridge, the guide groove by the key part and the protrusion provided on the key part are scraped. It is an object of the present invention to provide a fuel cartridge connection mechanism for a fuel cell that can maintain a locked state and a lock feeling continuously by suppressing the fuel cell, and a fuel cell to which such a fuel cartridge connection mechanism is applied. It is said.

本発明の一態様に係る燃料電池用燃料カートリッジの接続機構は、燃料カートリッジに設けられたノズル部であって、その外周部に形成された案内溝と、前記案内溝の終端部近傍に形成された凸部または凹部を有する接続状態確認部とを備えるノズル部と、燃料電池本体に設けられ、前記ノズル部が挿入されて接続されるソケット部であって、その内周面から突出するように設けられ、前記案内溝と係合して前記燃料カートリッジの挿入を案内すると共に、前記接続状態確認部と接触して前記ノズル部と前記ソケット部との接続状態を示すキー部と、前記キー部を突出方向に伸縮させる伸縮機構とを備えるソケット部とを具備することを特徴としている。 A connection mechanism for a fuel cartridge for a fuel cell according to an aspect of the present invention is a nozzle portion provided in the fuel cartridge, which is formed in a guide groove formed in an outer peripheral portion of the nozzle portion and in the vicinity of a terminal portion of the guide groove. A nozzle part provided with a connection state confirmation part having a convex part or a concave part, and a socket part provided in the fuel cell main body and connected by insertion of the nozzle part so as to protrude from the inner peripheral surface thereof A key portion that engages with the guide groove and guides the insertion of the fuel cartridge, and contacts the connection state confirmation portion to indicate a connection state between the nozzle portion and the socket portion; and the key portion And a socket portion having an expansion / contraction mechanism for expanding / contracting in the protruding direction.

本発明の一態様に係る燃料電池は、燃料電池用の液体燃料を収容するカートリッジ本体と、前記カートリッジ本体に設けられたノズル部とを備える燃料カートリッジと、前記燃料カートリッジのノズル部と着脱可能に接続されるソケット部を有する燃料供給部と、前記燃料供給部から前記液体燃料が供給されて発電動作する起電部とを備える燃料電池本体とを具備し、前記燃料カートリッジのノズル部と前記燃料電池本体のソケット部とは、本発明の態様に係る燃料カートリッジの接続機構を具備することを特徴としている。 A fuel cell according to an aspect of the present invention includes a fuel cartridge that includes a cartridge main body that stores liquid fuel for the fuel cell, and a nozzle portion that is provided in the cartridge main body, and is detachable from the nozzle portion of the fuel cartridge. A fuel supply body having a fuel supply portion having a socket portion to be connected; and an electromotive portion that is supplied with the liquid fuel from the fuel supply portion and generates electric power, and the nozzle portion of the fuel cartridge and the fuel The socket portion of the battery main body is characterized by including a fuel cartridge connection mechanism according to an aspect of the present invention.

本発明の態様に係る燃料電池用燃料カートリッジの接続機構によれば、キー部を突出方向に伸縮させることによって、案内溝やそれに設けられる接続状態確認部（凸部または凹部）が削られることを抑制している。従って、燃料カートリッジのロック状態やロック感を持続的に維持することが可能となる。このような燃料カートリッジの接続機構を適用した燃料電池によれば、接続信頼性や操作性等を向上させることができる。 According to the fuel cartridge fuel cartridge connection mechanism according to the aspect of the present invention, the guide groove and the connection state confirmation portion (convex portion or concave portion) provided on the guide groove are scraped by expanding and contracting the key portion in the protruding direction. Suppressed. Therefore, the locked state and the lock feeling of the fuel cartridge can be maintained continuously. According to the fuel cell to which such a fuel cartridge connection mechanism is applied, connection reliability, operability, and the like can be improved.

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。なお、以下では本発明の実施形態を図面に基づいて説明するが、それらの図面は図解のために提供されるものであり、本発明はそれらの図面に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, although embodiment of this invention is described based on drawing below, those drawings are provided for illustration and this invention is not limited to those drawings.

図１は本発明の一実施形態による燃料電池の構成を示す図である。図１に示す燃料電池１は、起電部となる燃料電池セル２と燃料タンク３とから主として構成される燃料電池本体４と、燃料タンク３に液体燃料を供給するサテライトタイプ（外部注入式）の燃料カートリッジ５とを具備している。燃料タンク３の下面側には、液体燃料の供給口となるソケット部６を有する燃料供給部７が設けられている。ソケット部６は後に詳述するようにバルブ機構を内蔵しており、液体燃料が供給されるとき以外は閉状態とされている。なお、燃料電池本体４は燃料タンク３を経ずに燃料供給部７から直接燃料電池セル２に液体燃料を供給する構造を有していてもよい。 FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a fuel cell according to an embodiment of the present invention. A fuel cell 1 shown in FIG. 1 includes a fuel cell main body 4 mainly composed of a fuel cell 2 and a fuel tank 3 as an electromotive unit, and a satellite type (external injection type) for supplying liquid fuel to the fuel tank 3. The fuel cartridge 5 is provided. On the lower surface side of the fuel tank 3, a fuel supply portion 7 having a socket portion 6 serving as a liquid fuel supply port is provided. As will be described in detail later, the socket portion 6 incorporates a valve mechanism, and is closed except when liquid fuel is supplied. The fuel cell body 4 may have a structure for supplying liquid fuel directly from the fuel supply unit 7 to the fuel cell 2 without passing through the fuel tank 3.

一方、燃料カートリッジ５は、燃料電池用の液体燃料を収容するカートリッジ本体８を有している。カートリッジ本体８の先端には、その内部に収容された液体燃料を燃料電池本体４に供給する際の燃料吐出口となるノズル部９が設けられている。ノズル部９は後に詳述するようにバルブ機構を内蔵しており、液体燃料を供給するとき以外は閉状態とされている。このような燃料カートリッジ５は、燃料タンク３に液体燃料を注入するときのみ燃料電池本体４に接続されるものである。 On the other hand, the fuel cartridge 5 has a cartridge body 8 that stores liquid fuel for a fuel cell. At the tip of the cartridge body 8, there is provided a nozzle portion 9 that serves as a fuel outlet when supplying liquid fuel accommodated in the cartridge body 8 to the fuel cell body 4. As will be described in detail later, the nozzle portion 9 has a built-in valve mechanism and is closed except when liquid fuel is supplied. Such a fuel cartridge 5 is connected to the fuel cell body 4 only when liquid fuel is injected into the fuel tank 3.

燃料カートリッジ５のカートリッジ本体８には、燃料電池本体４に応じた液体燃料、例えば直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）であれば各種濃度のメタノール水溶液や純メタノール等のメタノール燃料が収容されている。なお、カートリッジ本体８に収容する液体燃料は必ずしもメタノール燃料に限られるものではなく、例えばエタノール水溶液や純エタノール等のエタノール燃料、ジメチルエーテル、ギ酸、その他の液体燃料であってもよい。いずれにしても、燃料電池本体４に応じた液体燃料が収容される。 The cartridge main body 8 of the fuel cartridge 5 contains liquid fuel corresponding to the fuel cell main body 4, for example, methanol fuel such as methanol aqueous solutions of various concentrations or pure methanol in the case of a direct methanol fuel cell (DMFC). The liquid fuel stored in the cartridge body 8 is not necessarily limited to methanol fuel, and may be ethanol fuel such as ethanol aqueous solution or pure ethanol, dimethyl ether, formic acid, or other liquid fuel. In any case, liquid fuel corresponding to the fuel cell main body 4 is accommodated.

上述した燃料電池本体４の燃料タンク３に設けられたソケット部６と燃料カートリッジ５のカートリッジ本体８に設けられたノズル部９とは、一対の接続機構（カップラ）を構成するものである。ソケット部６とノズル部９とで構成されたカップラの具体的な構成について、図２を参照して説明する。図２は本発明の第１の実施形態による燃料電池用燃料カートリッジの接続機構を示している。図２は燃料カートリッジ５のノズル部９と燃料電池本体４のソケット部６とを接続する前の状態を示している。 The socket portion 6 provided in the fuel tank 3 of the fuel cell main body 4 and the nozzle portion 9 provided in the cartridge main body 8 of the fuel cartridge 5 constitute a pair of connection mechanisms (couplers). A specific configuration of the coupler constituted by the socket portion 6 and the nozzle portion 9 will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows the connection mechanism of the fuel cartridge for the fuel cell according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 shows a state before the nozzle portion 9 of the fuel cartridge 5 and the socket portion 6 of the fuel cell body 4 are connected.

燃料電池本体４と燃料カートリッジ５とを接続するカップラにおいて、カートリッジ側接続機構としてのノズル部（オス側カップラ）９は、ノズルベース部１１とノズル挿入部１２とを有している。先端にノズル口を有する円筒状のノズル挿入部１２は、カートリッジ本体８の先端開口部に装着されたノズルベース部１１から突出するように形成されている。ここではノズルベース部１１とノズル挿入部１２とを一体成形した部品を示しているが、これらは異なる材料で個別に成形したものを組合せて使用してもよい。 In a coupler that connects the fuel cell main body 4 and the fuel cartridge 5, a nozzle portion (male side coupler) 9 as a cartridge side connection mechanism has a nozzle base portion 11 and a nozzle insertion portion 12. A cylindrical nozzle insertion portion 12 having a nozzle opening at the tip is formed so as to protrude from the nozzle base portion 11 attached to the tip opening of the cartridge body 8. Here, although the component which integrally molded the nozzle base part 11 and the nozzle insertion part 12 is shown, you may use combining these what was separately shape | molded with the different material.

カートリッジ本体８の先端側内部には、カップ状のバルブホルダ１３が配置されている。バルブホルダ１３はバルブ室を規定するものであり、その先端側外縁部がカートリッジ本体８とノズルベース部１１とで挟み込まれて固定されている。バルブホルダ１３で規定されたバルブ室内には、バルブ１４が配置されている。バルブ１４は、バルブヘッド１４ａを有するバルブ本体１４ｂと、バルブ本体１４ｂの先端側に設けられたバルブステム１４ｃと、バルブ本体１４ｂの後方側に設けられたガイドピン１４ｄとを備えている。 A cup-shaped valve holder 13 is disposed inside the front end side of the cartridge body 8. The valve holder 13 defines a valve chamber, and an outer edge portion on the front end side is sandwiched and fixed between the cartridge main body 8 and the nozzle base portion 11. A valve 14 is arranged in the valve chamber defined by the valve holder 13. The valve 14 includes a valve main body 14b having a valve head 14a, a valve stem 14c provided on the distal end side of the valve main body 14b, and a guide pin 14d provided on the rear side of the valve main body 14b.

バルブヘッド１４ａを有するバルブ本体１４ｂは、バルブホルダ１３で規定されたバルブ室内に配置されている。バルブステム１４ｃは円筒状のノズル挿入部１２内に収容されている。バルブ本体１４ｂやバルブステム１４ｃを有するバルブ１４は、軸方向（ノズル部９の挿入方向）に進退可能とされている。バルブヘッド１４ａとノズルベース部１１の内側に形成されたバルブシート１５との間には、Ｏリング１６が配置されている。バルブ本体１４ｂには、圧縮スプリング１７でバルブヘッド１４ａをバルブシート１５に押し付ける力が常時加えられており、これらによってＯリング１６は押圧されている。 A valve main body 14 b having a valve head 14 a is disposed in a valve chamber defined by the valve holder 13. The valve stem 14 c is accommodated in the cylindrical nozzle insertion portion 12. The valve 14 having the valve main body 14b and the valve stem 14c can be advanced and retracted in the axial direction (insertion direction of the nozzle portion 9). An O-ring 16 is disposed between the valve head 14 a and the valve seat 15 formed inside the nozzle base portion 11. A force for pressing the valve head 14a against the valve seat 15 by the compression spring 17 is constantly applied to the valve body 14b, and the O-ring 16 is pressed by these forces.

従って、通常状態（燃料カートリッジ５が燃料電池本体４から切り離された状態）においては、Ｏリング１６を介してバルブヘッド１４ａをバルブシート１５に押し付けることで、ノズル部９内の燃料流路を閉状態としている。一方、後述するように燃料カートリッジ５を燃料電池本体４に接続すると、バルブステム１４ｃが後退してバルブヘッド１４ａがバルブシート１５から離れるで、ノズル部９内の燃料流路が開状態とされる。バルブホルダ１３の底部には液体燃料の流路となる連通孔１３ａが設けられている。バルブ本体１４ｂの後方側に設けられたガイドピン１４ｄは連通孔１３ａ内に挿通されている。 Therefore, in a normal state (a state where the fuel cartridge 5 is separated from the fuel cell body 4), the fuel flow path in the nozzle portion 9 is closed by pressing the valve head 14a against the valve seat 15 via the O-ring 16. State. On the other hand, when the fuel cartridge 5 is connected to the fuel cell main body 4 as will be described later, the valve stem 14c moves backward and the valve head 14a moves away from the valve seat 15, so that the fuel flow path in the nozzle portion 9 is opened. . A communication hole 13a serving as a flow path for liquid fuel is provided at the bottom of the valve holder 13. A guide pin 14d provided on the rear side of the valve body 14b is inserted into the communication hole 13a.

上述したノズル挿入部１２の外周面には、燃料カートリッジ５の挿入方向（ノズル部９の軸方向）に沿って、例えば2条の案内溝１８が形成されている。案内溝１８の終端部近傍には接続状態確認部として凸部１９が形成されている。接続状態確認部としての凸部１９は、後述する図９ないし図１６に示すように、案内溝１８の底面もしくは側面に形成することができ、その数は1個もしくは2個以上とされる。また、案内溝１８の形状はノズル挿入部１２の軸方向に沿った直線形状に限らず、後述する図１５や図１６に示すように、途中から周方向に変位するものであってもよい。すなわち、案内溝１８の形状としては直線形状、あるいは直線部と曲線部とを有するＪ形状等が挙げられる。 For example, two guide grooves 18 are formed on the outer peripheral surface of the nozzle insertion portion 12 described above along the insertion direction of the fuel cartridge 5 (the axial direction of the nozzle portion 9). A convex portion 19 is formed as a connection state confirmation portion in the vicinity of the terminal end portion of the guide groove 18. As shown in FIGS. 9 to 16 to be described later, the convex portions 19 as the connection state confirmation portions can be formed on the bottom surface or the side surface of the guide groove 18, and the number thereof is one or two or more. Further, the shape of the guide groove 18 is not limited to the linear shape along the axial direction of the nozzle insertion portion 12, and may be displaced in the circumferential direction from the middle as shown in FIGS. 15 and 16 described later. That is, examples of the shape of the guide groove 18 include a linear shape or a J shape having a straight portion and a curved portion.

一方、燃料電池側接続機構としてのソケット部（メス側カップラ）６は、円筒状のハウジング２１を有している。ハウジング２１は上部部材２１ａ、中間部材２１ｂ、下部部材２１ｃを有しており、これらは一体化されて燃料電池本体４の燃料供給部７内に埋め込まれている。ハウジング２１の中間部材２１ｂは、その径方向内側に突出したリング状凸部２２を有している。リング状凸部２２上には弾性体ホルダとしてゴムホルダ２３が設置されており、このゴムホルダ２３は上部部材２１ａ内に配置されている。ゴムホルダ２３は中間のジャバラ形状と材料特性（ゴム弾性）に基づいて軸方向に弾性が付与されている。ゴムホルダ２３の内側は液体燃料の流路とされている。 On the other hand, the socket part (female side coupler) 6 as the fuel cell side connection mechanism has a cylindrical housing 21. The housing 21 includes an upper member 21a, an intermediate member 21b, and a lower member 21c, which are integrated and embedded in the fuel supply unit 7 of the fuel cell main body 4. The intermediate member 21b of the housing 21 has a ring-shaped convex portion 22 protruding inward in the radial direction. A rubber holder 23 is installed on the ring-shaped convex portion 22 as an elastic body holder, and the rubber holder 23 is disposed in the upper member 21a. The rubber holder 23 is given elasticity in the axial direction based on an intermediate bellows shape and material characteristics (rubber elasticity). The inside of the rubber holder 23 is a flow path for liquid fuel.

ハウジング２１内にはバルブ２４が配置されている。バルブ２４は、バルブヘッド２４ａを有するバルブ本体２４ｂと、バルブ本体２４ｂの先端側に設けられたバルブステム２４ｃと、バルブ本体２４ｂの後方側に設けられたガイドピン２４ｄとを備えている。バルブヘッド２４ａを有するバルブ本体２４ｂは、中間部材２１ｂと下部部材２１ｃとで形成されたバルブ室内に配置されている。バルブステム２４ｃはゴムホルダ２３内に収容されている。これらバルブ本体２４ｂやバルブステム２４ｃを有するバルブ２４は、軸方向（ノズル部９の挿入方向）に進退可能とされている。 A valve 24 is disposed in the housing 21. The valve 24 includes a valve main body 24b having a valve head 24a, a valve stem 24c provided on the distal end side of the valve main body 24b, and a guide pin 24d provided on the rear side of the valve main body 24b. A valve body 24b having a valve head 24a is disposed in a valve chamber formed by the intermediate member 21b and the lower member 21c. The valve stem 24 c is accommodated in the rubber holder 23. The valve 24 having the valve body 24b and the valve stem 24c can be advanced and retracted in the axial direction (the insertion direction of the nozzle portion 9).

バルブヘッド２４ａとリング状凸部２２の下面側に形成されたバルブシート２５との間には、Ｏリング２６が配置されている。バルブ本体２４ｂには、圧縮スプリング２７でバルブヘッド２４ａをバルブシート２５に押し付ける力が常時加えられており、これらによってＯリング２６は押圧されている。従って、通常状態（燃料電池本体４から燃料カートリッジ５が切り離された状態）においては、Ｏリング２６を介してバルブヘッド２４ａをバルブシート２５に押し付けることによって、ソケット部６内の流路を閉状態としている。一方、後述するように燃料電池本体４に燃料カートリッジ５が接続されると、バルブステム２４ｃが後退してバルブヘッド２４ａがバルブシート２５から離れることによって、ソケット部６内の流路が開状態とされる。 An O-ring 26 is disposed between the valve head 24 a and the valve seat 25 formed on the lower surface side of the ring-shaped convex portion 22. A force for pressing the valve head 24a against the valve seat 25 by the compression spring 27 is constantly applied to the valve body 24b, and the O-ring 26 is pressed by these forces. Therefore, in a normal state (a state where the fuel cartridge 5 is separated from the fuel cell body 4), the flow path in the socket portion 6 is closed by pressing the valve head 24a against the valve seat 25 via the O-ring 26. It is said. On the other hand, when the fuel cartridge 5 is connected to the fuel cell main body 4 as will be described later, the valve stem 24c is retracted and the valve head 24a is separated from the valve seat 25, whereby the flow path in the socket portion 6 is opened. Is done.

ハウジング２１の下部部材２１ｃには、燃料供給部７内を介して燃料タンク３に接続された連通孔２８が設けられている。なお、バルブ本体２４ｂの後方側に設けられたガイドピン２４ｄは連通孔２８内に挿通されている。このように、ソケット部６はハウジング２１内に設けられた燃料流路が、下部部材２１ｃに設けられた連通孔２８を介して燃料タンク３に接続されている。そして、バルブ２４を開状態としてソケット部６内の燃料流路を開くことによって、燃料カートリッジ５に収容された液体燃料を、ソケット部６を介して燃料タンク３内に注入することが可能とされている。 The lower member 21 c of the housing 21 is provided with a communication hole 28 connected to the fuel tank 3 through the inside of the fuel supply unit 7. A guide pin 24d provided on the rear side of the valve body 24b is inserted into the communication hole 28. Thus, the socket 6 has the fuel flow path provided in the housing 21 connected to the fuel tank 3 via the communication hole 28 provided in the lower member 21c. Then, by opening the fuel flow path in the socket part 6 with the valve 24 opened, the liquid fuel accommodated in the fuel cartridge 5 can be injected into the fuel tank 3 through the socket part 6. ing.

上述したソケット部６のハウジング２１の内周面には、ノズル部９側の案内溝１８と係合して燃料カートリッジ５の挿入を案内するキー部２９が設けられている。キー部２９は例えば金属材料で形成されており、ハウジング２１の内周面から径方向内側に向けて突出するように配置されている。キー部２９は案内溝１８の数にしたがった配置数や配置間隔で設けられている。このようなキー部２９をハウジング２１に設けたキー挿入穴２１ａに差し込むことによって、キー部２９をハウジング２１の径方向内側に突出させている。さらに、キー部２９はその突出方向に伸縮可能とされている。 On the inner peripheral surface of the housing 21 of the socket portion 6 described above, a key portion 29 that engages with the guide groove 18 on the nozzle portion 9 side and guides the insertion of the fuel cartridge 5 is provided. The key portion 29 is made of, for example, a metal material, and is disposed so as to protrude radially inward from the inner peripheral surface of the housing 21. The key portions 29 are provided with the number of arrangement and the arrangement interval according to the number of the guide grooves 18. By inserting such a key portion 29 into a key insertion hole 21 a provided in the housing 21, the key portion 29 protrudes inward in the radial direction of the housing 21. Further, the key portion 29 can be expanded and contracted in the protruding direction.

すなわち、ソケット部６は案内溝１８と係合するキー部２９と、このキー部２９を突出方向に伸縮させる伸縮機構３０とを備えている。キー部２９の伸縮機構３０には、例えばばね材やゴム状弾性体等を使用することができる。図３は板ばねを用いた伸縮機構３０を示している。すなわち、図３に示す伸縮機構３０はキー部２９の後方に配置された板ばね３１を有している。板ばね３１はキー部２９の軸方向内側に向けてばね力（復元力）を加えている。キー部２９の先端に力が加わった際に板ばね３１が外側にたわむことによって、ハウジング２１の内周面から突出しているキー部２９は径方向外側に向けて後退（収縮）する。キー部２９先端に加えられていた力が取り除かれると、キー部２９は板ばね３１のばね力で元の状態（定常状態）に復元する。 That is, the socket portion 6 includes a key portion 29 that engages with the guide groove 18 and an expansion / contraction mechanism 30 that expands and contracts the key portion 29 in the protruding direction. For the expansion / contraction mechanism 30 of the key portion 29, for example, a spring material, a rubber-like elastic body, or the like can be used. FIG. 3 shows an expansion / contraction mechanism 30 using a leaf spring. That is, the telescopic mechanism 30 shown in FIG. 3 has a leaf spring 31 disposed behind the key portion 29. The leaf spring 31 applies a spring force (restoring force) toward the inside of the key portion 29 in the axial direction. When a force is applied to the tip of the key portion 29, the leaf spring 31 bends outward, so that the key portion 29 protruding from the inner peripheral surface of the housing 21 is retracted (contracted) radially outward. When the force applied to the tip of the key portion 29 is removed, the key portion 29 is restored to the original state (steady state) by the spring force of the leaf spring 31.

図４はコイルばねを用いた伸縮機構３０を示している。すなわち、図４に示す伸縮機構３０はキー部２９の後方に配置されたコイルばね（圧縮ばね）３２を有している。キー部２９の先端に力が加わった際にコイルばね３２が軸方向に縮むことによって、ハウジング２１の内周面から突出しているキー部２９は径方向外側に向けて後退（収縮）する。キー部２９先端に加えられていた力が取り除かれると、キー部２９はコイルばね３２のばね力で元の状態（定常状態）に復元する。このように、伸縮機構３０はキー部２９をハウジング２１の内周面から突出した定常状態とそれより径方向外側に後退した状態（収縮状態）との間で、その突出方向（キー部２９の軸方向）に伸縮させるものである。 FIG. 4 shows an expansion / contraction mechanism 30 using a coil spring. That is, the telescopic mechanism 30 shown in FIG. 4 has a coil spring (compression spring) 32 disposed behind the key portion 29. When a force is applied to the tip of the key portion 29, the coil spring 32 contracts in the axial direction, whereby the key portion 29 protruding from the inner peripheral surface of the housing 21 is retracted (contracted) radially outward. When the force applied to the tip of the key portion 29 is removed, the key portion 29 is restored to the original state (steady state) by the spring force of the coil spring 32. Thus, the telescopic mechanism 30 has a protruding direction (of the key portion 29) between a steady state in which the key portion 29 protrudes from the inner peripheral surface of the housing 21 and a state in which the key portion 29 retracts radially outward (contracted state). (Axial direction).

キー部２９の伸縮機構３０を構成するばね材は、上述した板ばね３１やコイルばね３２に限られるものではなく、キー部２９の軸方向内側に向けてばね力（復元力）を加えることが可能なものであれば種々のばね材を使用することができ、例えば台形ばねのようなばね材を適用することも可能である。さらに、ばね材に代えてゴム状弾性体で伸縮機構３０を構成してもよい。この場合、ゴム状弾性体による弾性力がキー部２９の軸方向内側に向けて加えられるように、キー部２９の後方にゴム状弾性体を配置する。 The spring material constituting the expansion / contraction mechanism 30 of the key portion 29 is not limited to the plate spring 31 and the coil spring 32 described above, and a spring force (restoring force) can be applied toward the inner side in the axial direction of the key portion 29. If possible, various spring materials can be used. For example, a spring material such as a trapezoidal spring can be applied. Further, the expansion / contraction mechanism 30 may be formed of a rubber-like elastic body instead of the spring material. In this case, the rubber-like elastic body is disposed behind the key portion 29 so that the elastic force of the rubber-like elastic body is applied toward the inside of the key portion 29 in the axial direction.

キー部２９の先端（案内溝１８と接する部分）は、例えば図３や図４に示したように曲面で構成されている。キー部２９の先端には曲面に限らず、図５や図６に示すように傾斜面を設けてもよい。ここで、キー部２９の先端形状は案内溝１８との係合性を高めることに加えて、後述するように燃料カートリッジ５に過剰なねじり力が加えられた際に、ノズル部９が回転するようにキー部２９を後退させるような形状を有していることが好ましい。このようなキー部２９の先端形状としては、例えば図３や図４に示した曲面形状や図５や図６に示した傾斜面形状（回転方向に傾斜面を設けた形状）が挙げられる。 The tip of the key part 29 (the part in contact with the guide groove 18) has a curved surface as shown in FIGS. 3 and 4, for example. The tip of the key portion 29 is not limited to a curved surface, and an inclined surface may be provided as shown in FIGS. Here, the tip shape of the key portion 29 enhances the engagement with the guide groove 18, and the nozzle portion 9 rotates when an excessive twisting force is applied to the fuel cartridge 5 as will be described later. Thus, it is preferable to have a shape that causes the key portion 29 to retreat. Examples of the tip shape of the key portion 29 include a curved surface shape shown in FIGS. 3 and 4 and an inclined surface shape (a shape provided with an inclined surface in the rotation direction) shown in FIGS. 5 and 6.

上述したような燃料カートリッジ５に収容された液体燃料を燃料電池本体４の燃料タンク３に供給するにあたっては、図７および図８に示すように、燃料カートリッジ５のノズル部９を燃料タンク３に設けられたソケット部６に挿入して接続する。ここで、ソケット部６のキー部２９は、定常状態（ソケット部６にノズル部９が挿入されていない状態）では伸縮機構３０のばね力や弾性力等によって、ハウジング２１の内周面から径方向内側に突出している。このようなソケット部６のキー部２９をノズル部９の案内溝１８に係合させながら、ノズル部９をソケット部６に挿入する。 In supplying the liquid fuel stored in the fuel cartridge 5 to the fuel tank 3 of the fuel cell body 4 as described above, the nozzle portion 9 of the fuel cartridge 5 is inserted into the fuel tank 3 as shown in FIGS. Insert and connect to the provided socket portion 6. Here, the key portion 29 of the socket portion 6 has a diameter from the inner peripheral surface of the housing 21 by a spring force or an elastic force of the expansion / contraction mechanism 30 in a steady state (a state where the nozzle portion 9 is not inserted into the socket portion 6). Projects inward. The nozzle portion 9 is inserted into the socket portion 6 while the key portion 29 of the socket portion 6 is engaged with the guide groove 18 of the nozzle portion 9.

ノズル部９をソケット部６に挿入すると、まずノズル挿入部１２の先端部がゴムホルダ２３に接触し、バルブ機構が開状態となる前に液体燃料の流路周辺のシールが確立される。この状態からノズル部９をソケット部６に差し込むと、ノズル部９のバルブステム１４ｃとソケット部６のバルブステム２４ｃの先端同士が突き当たると共に、キー部２９が案内溝１８を遡って接続状態確認部としての凸部１９に接触する。この状態からさらにノズル部９をソケット部６に差し込むと、キー部２９が凸部１９を乗り越えてノズル部９とソケット部６とが接続されると同時に、ソケット部６のバルブ２４とノズル部９のバルブ１４とが順に開放されて液体燃料の流路が確立する。 When the nozzle portion 9 is inserted into the socket portion 6, the tip end portion of the nozzle insertion portion 12 first contacts the rubber holder 23, and a seal around the liquid fuel flow path is established before the valve mechanism is opened. When the nozzle part 9 is inserted into the socket part 6 from this state, the tips of the valve stem 14c of the nozzle part 9 and the valve stem 24c of the socket part 6 abut against each other, and the key part 29 goes back the guide groove 18 to check the connection state. The convex part 19 is contacted. When the nozzle portion 9 is further inserted into the socket portion 6 from this state, the key portion 29 gets over the convex portion 19 and the nozzle portion 9 and the socket portion 6 are connected. At the same time, the valve 24 and the nozzle portion 9 of the socket portion 6 are connected. Are sequentially opened to establish a liquid fuel flow path.

この際、キー部２９はその後方に配置された伸縮機構３０で伸縮可能とされている。従って、キー部２９は図７に示すように、定常状態（内側に突出した状態）から外側に向けて後退（収縮）しつつ、凸部１９を乗り越えることになる。キー部２９が凸部１９を乗り越えると、キー部２９は図７に示すように伸縮機構３０を構成するばね３１、３２のばね力（復元力）等の弾性力で元の状態（定常状態）に復元する。この状態でキー部２９が案内溝１８の終端部に突き当たることによって、ノズル部９とソケット部６との接続が確立される。さらに、キー部２９が凸部１９を乗り越えることによって、操作者にロック感（クリック感）を与えて、接続操作が完了したことを実感させることができる。 At this time, the key portion 29 can be expanded and contracted by an expansion and contraction mechanism 30 disposed behind the key portion 29. Accordingly, as shown in FIG. 7, the key portion 29 gets over the convex portion 19 while retreating (contracting) from the steady state (the state protruding inward) outward. When the key portion 29 gets over the convex portion 19, the key portion 29 is returned to its original state (steady state) by an elastic force such as spring force (restoring force) of the springs 31 and 32 constituting the expansion / contraction mechanism 30 as shown in FIG. Restore to. In this state, when the key portion 29 abuts against the end portion of the guide groove 18, the connection between the nozzle portion 9 and the socket portion 6 is established. Furthermore, when the key part 29 gets over the convex part 19, it is possible to give the operator a lock feeling (click feeling) and to feel that the connection operation has been completed.

ここで、キー部２９は前述したように金属材料等で形成されているのに対して、ノズル部９のノズル挿入部１２（案内溝１８や凸部１９を含む）は、例えばスーパーエンジニアプラスチックや汎用エンジニアプラスチック等の樹脂材料で形成されている。金属製のキー部２９が単に樹脂製の凸部１９を乗り越えた場合、凸部１９がキー部２９で削られてしまうおそれがある。このような点に対して、この実施形態ではキー部２９が伸縮（後退）しながら凸部１９を乗り越えるため、金属製のキー部２９で樹脂製の凸部１９が削られることを抑制することが可能となる。さらに、案内溝１８自体もキー部２９で削られるおそれがあるが、これもキー部２９の伸縮で抑制することができる。 Here, the key portion 29 is formed of a metal material or the like as described above, whereas the nozzle insertion portion 12 (including the guide groove 18 and the convex portion 19) of the nozzle portion 9 is, for example, a super engineer plastic or the like. It is made of resin material such as general-purpose engineer plastic. If the metal key portion 29 simply gets over the resin convex portion 19, the convex portion 19 may be scraped by the key portion 29. On the other hand, in this embodiment, the key portion 29 gets over the convex portion 19 while expanding and contracting (retracting), and therefore, the resin key portion 29 is prevented from being scraped by the metal key portion 29. Is possible. Furthermore, although the guide groove 18 itself may be scraped by the key portion 29, this can also be suppressed by the expansion and contraction of the key portion 29.

さらに、キー部２９と案内溝１８とが一対の形状をなすように、それらの具体的な形状、配置数、配置間隔等を液体燃料に応じて設定することによって、液体燃料の誤注入等を防止することができる。すなわち、キー部２９の形状、配置数、配置間隔等を液体燃料の種別（種類や濃度等）に応じて設定し、さらに案内溝１８をキー部２９に対応した形状、配置数、配置間隔とすることで、燃料電池本体４に対応した液体燃料を収容する燃料カートリッジ５のみを接続可能にすることができる。これによって、燃料電池本体４に対応した液体燃料のみを供給することが可能となる。このように、キー部２９と案内溝１８との組合せは燃料識別手段として利用することができる。 Further, by setting the specific shape, the number of arrangement, the arrangement interval, etc. according to the liquid fuel so that the key portion 29 and the guide groove 18 form a pair of shapes, liquid fuel misinjection, etc. Can be prevented. That is, the shape, the number of arrangement, the arrangement interval, etc. of the key part 29 are set according to the type (type, concentration, etc.) of the liquid fuel, and the guide groove 18 has a shape, an arrangement number, an arrangement interval corresponding to the key part 29. Thus, only the fuel cartridge 5 that stores the liquid fuel corresponding to the fuel cell main body 4 can be connected. As a result, only the liquid fuel corresponding to the fuel cell main body 4 can be supplied. Thus, the combination of the key part 29 and the guide groove 18 can be used as fuel identification means.

また、ノズル部２９は燃料カートリッジ５に過度なねじり力が加わった際に回転するように構成されている。すなわち、キー部２９と案内溝１８とが係合した状態で、燃料カートリッジ５に過度なねじり力が加わったとしても、キー部２９が伸縮機構３０により後退することで、ノズル部２９の回転を阻害することがない。従って、キー部２９と案内溝１８との係合部の破損やそれに基づくノズル部９やソケット部６の損傷を抑制することができる。燃料カートリッジ５にねじり力が加わった際にノズル部２９の回転させる上で、前述したようにキー部２９の先端側には曲面や傾斜面を設けておくことが好ましい。これによって、ねじり力に対してキー部２９がスムーズに後退する。 The nozzle portion 29 is configured to rotate when an excessive torsional force is applied to the fuel cartridge 5. That is, even if an excessive torsional force is applied to the fuel cartridge 5 in a state where the key portion 29 and the guide groove 18 are engaged, the key portion 29 is retracted by the expansion / contraction mechanism 30 to rotate the nozzle portion 29. There is no hindrance. Therefore, breakage of the engaging portion between the key portion 29 and the guide groove 18 and damage to the nozzle portion 9 and the socket portion 6 based thereon can be suppressed. In order to rotate the nozzle portion 29 when a twisting force is applied to the fuel cartridge 5, it is preferable to provide a curved surface or an inclined surface on the tip side of the key portion 29 as described above. As a result, the key portion 29 moves backward smoothly with respect to the twisting force.

なお、ノズル部９やソケット部６の形成材料には、耐メタノール性を有するスーパーエンジニアプラスチックや汎用エンジニアプラスチックを適用することが好ましい。このような材料としては、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）等の汎用エンジニアプラスチック、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）等のスーパーエンジニアプラスチックが挙げられる。 In addition, it is preferable to apply the super engineer plastic which has methanol resistance, or a general-purpose engineer plastic to the forming material of the nozzle part 9 and the socket part 6. FIG. Examples of such materials include general-purpose engineer plastics such as polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), and polyacetal (POM), polyphenylene sulfide (PPS), polyether ether ketone (PEEK), and liquid crystal polymer (LCP). Super engineer plastics such as

ノズル部９の案内溝１８に形成する凸部１９の形状は、特に限定されるものではなく、例えば図９に示す断面台形状や図１０に示す断面半円状等が挙げられる。また、キー部２９の乗り越えをさらに容易にするめために、例えば図１１や図１２に示すようにキー部２９の挿入方向の傾斜を緩やかにした形状等を適用することも可能である。図９ないし図１２では凸部１９を案内溝１８の底面に設けた構造を示したが、例えば図１３や図１４に示すように、凸部１９は案内溝１８の側面に設けてもよい。この場合、凸部１９は図１３に示すように案内溝１８の一方の側面から突出するように設けてもよいし、また図１４に示すように案内溝１８の両側面から突出するように設けてもよい。 The shape of the convex part 19 formed in the guide groove 18 of the nozzle part 9 is not specifically limited, For example, the cross-sectional trapezoid shape shown in FIG. 9, the cross-sectional semicircle shape shown in FIG. Further, in order to make it easier to get over the key portion 29, for example, as shown in FIGS. 11 and 12, it is possible to apply a shape or the like in which the inclination of the insertion direction of the key portion 29 is gentle. 9 to 12 show the structure in which the convex portion 19 is provided on the bottom surface of the guide groove 18, the convex portion 19 may be provided on the side surface of the guide groove 18 as shown in FIGS. 13 and 14, for example. In this case, the convex portion 19 may be provided so as to protrude from one side surface of the guide groove 18 as shown in FIG. 13, or provided so as to protrude from both side surfaces of the guide groove 18 as shown in FIG. May be.

さらに、案内溝１８は図９ないし図１４に示した直線形状に限らず、例えば図１５や図１６に示すようなＪ形状を有するものであってもよい。すなわち、図１５および図１６に示す案内溝１８は、燃料カートリッジ５の挿入方向に沿って形成された直線部１８ａと、この直線部１８ａから連続して周方向に変位する曲線部１８ｂとを有しており、さらに曲線部１８ｂの終端部近傍の一方の側面（図１５）または両側面（図１６）に凸部１９が設けられている。このような周方向に変位する案内溝１８によれば、燃料カートリッジ５をより確実に固定することができる。なお、凸部１９を案内溝１８の側面に形成する場合も、案内溝１８の底面に形成する場合と同様に種々の形状を適用することが可能である。 Further, the guide groove 18 is not limited to the linear shape shown in FIGS. 9 to 14, and may have a J shape as shown in FIGS. 15 and 16, for example. That is, the guide groove 18 shown in FIGS. 15 and 16 has a straight portion 18a formed along the insertion direction of the fuel cartridge 5, and a curved portion 18b continuously displaced from the straight portion 18a in the circumferential direction. Furthermore, a convex portion 19 is provided on one side surface (FIG. 15) or both side surfaces (FIG. 16) in the vicinity of the end portion of the curved portion 18b. According to such a guide groove 18 that is displaced in the circumferential direction, the fuel cartridge 5 can be more reliably fixed. In addition, when forming the convex part 19 in the side surface of the guide groove 18, various shapes are applicable similarly to the case where it forms in the bottom face of the guide groove 18. FIG.

上述したように、この実施形態による燃料カートリッジ５の接続機構（ソケット部６とノズル部９とによる接続機構（カップラ））によれば、ソケット部６側のキー部２９でノズル部９側の案内溝１８や接続状態確認部としての凸部１９等が削られることが抑制される。従って、燃料カートリッジ５のロック状態を継続的に維持することができると共に、ロック感（クリック感）を持続的に付与することが可能となる。そして、燃料カートリッジ５の接続と同時にノズル部９とソケット部６の燃料流路をそれぞれ開くことによって、燃料カートリッジ５に収容された液体燃料を燃料電池本体４の燃料タンク３に供給することができる。このような接続機構を適用した燃料電池１によれば、接続信頼性、操作性、液体燃料の供給信頼性等を向上させることが可能となる。 As described above, according to the connecting mechanism of the fuel cartridge 5 according to this embodiment (the connecting mechanism (coupler) including the socket part 6 and the nozzle part 9), the key part 29 on the socket part 6 side guides the nozzle part 9 side. It is suppressed that the groove | channel 18 and the convex part 19 etc. as a connection state confirmation part are shaved. Therefore, the locked state of the fuel cartridge 5 can be continuously maintained, and a lock feeling (click feeling) can be continuously given. Then, the liquid fuel accommodated in the fuel cartridge 5 can be supplied to the fuel tank 3 of the fuel cell body 4 by opening the fuel flow paths of the nozzle portion 9 and the socket portion 6 simultaneously with the connection of the fuel cartridge 5. . According to the fuel cell 1 to which such a connection mechanism is applied, connection reliability, operability, liquid fuel supply reliability, and the like can be improved.

なお、ここではソケット部６側のキー部２９を伸縮させる構造について説明したが、例えばノズル部９側の凸部１９を伸縮可能とすることによっても同様な効果を得ることができる。さらに、ソケット部６とノズル部９の取り付け部位や案内溝１８とキー部２９の形成位置等も種々に変更が可能である。例えば、ノズル部９のノズル挿入部１２の外周面にキー部を設けると共に、このキー部と係合する案内溝をソケット部６のハウジング２１の内周面に設けてもよいし、また燃料タンク３側にノズル部を設けると共に、燃料カートリッジ５側にソケット部を設けるようにしてもよい。 In addition, although the structure which expands / contracts the key part 29 by the side of the socket part 6 was demonstrated here, the same effect can be acquired also by making the convex part 19 by the side of the nozzle part 9 extendable, for example. Furthermore, the attachment site | part of the socket part 6 and the nozzle part 9, the formation position of the guide groove 18 and the key part 29, etc. can be variously changed. For example, a key portion may be provided on the outer peripheral surface of the nozzle insertion portion 12 of the nozzle portion 9, and a guide groove that engages with the key portion may be provided on the inner peripheral surface of the housing 21 of the socket portion 6. While providing a nozzle part on the 3 side, a socket part may be provided on the fuel cartridge 5 side.

次に、本発明の第２の実施形態による燃料電池用燃料カートリッジの接続機構について、図１７ないし図１９を参照して説明する。なお、燃料電池１の全体構造は前述した実施形態と同様である。さらに、ノズル部９側の案内溝１８に設ける接続状態確認部の形状やソケット部６側のキー部２９の突出状態等を除いて、ノズル部９とソケット部６の詳細構造は第１の実施形態と同様とされている。図１７ないし図１９において、第１の実施形態と同一部分については同一符号を付し、その説明を一部省略する。 Next, a connection mechanism for a fuel cartridge for a fuel cell according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The overall structure of the fuel cell 1 is the same as that of the above-described embodiment. Furthermore, except for the shape of the connection state confirmation part provided in the guide groove 18 on the nozzle part 9 side and the protruding state of the key part 29 on the socket part 6 side, the detailed structure of the nozzle part 9 and the socket part 6 is the first implementation. It is the same as the form. 17 to 19, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is partially omitted.

燃料カートリッジ５側の接続機構としてのノズル部（オス側カップラ）９において、案内溝１８の終端部には接続状態確認部として凹部４１が形成されている。接続状態確認部としての凹部４１は、後述する図２０ないし図２３に示すように、案内溝１８の底面に形成することができる。また、案内溝１８の形状は前述した第１の実施形態と同様に、ノズル挿入部１２の軸方向に沿った直線形状に限らず、途中から周方向に変位するものであってもよい。すなわち、案内溝１８の形状としては直線形状、あるいは直線部と曲線部とを有するＪ形状等が挙げられる。 In the nozzle part (male side coupler) 9 as a connection mechanism on the fuel cartridge 5 side, a recessed part 41 is formed at the terminal part of the guide groove 18 as a connection state confirmation part. The recessed portion 41 as the connection state confirmation portion can be formed on the bottom surface of the guide groove 18 as shown in FIGS. The shape of the guide groove 18 is not limited to the linear shape along the axial direction of the nozzle insertion portion 12 as in the first embodiment described above, and may be displaced in the circumferential direction from the middle. That is, examples of the shape of the guide groove 18 include a linear shape or a J shape having a straight portion and a curved portion.

一方、燃料電池本体４側の接続機構としてのソケット部（メス側カップラ）６において、ハウジング２１の内周面にはノズル部９側の案内溝１８と係合して燃料カートリッジ５の挿入を案内するキー部２９が設けられている。キー部２９はハウジング２１の内周面から径方向内側に突出するように配置されており、さらに前述した第１の実施形態と同様に突出方向に対して伸縮可能とされている。すなわち、ソケット部６は案内溝１８と係合するキー部２９と、このキー部２９を突出方向に伸縮させる伸縮機構３０とを備えている。伸縮機構３０の具体的な構造は前述した通りである。 On the other hand, in a socket portion (female side coupler) 6 as a connection mechanism on the fuel cell main body 4 side, the inner peripheral surface of the housing 21 is engaged with a guide groove 18 on the nozzle portion 9 side to guide insertion of the fuel cartridge 5. A key portion 29 is provided. The key portion 29 is disposed so as to protrude radially inward from the inner peripheral surface of the housing 21, and can be expanded and contracted in the protruding direction as in the first embodiment described above. That is, the socket portion 6 includes a key portion 29 that engages with the guide groove 18 and an expansion / contraction mechanism 30 that expands and contracts the key portion 29 in the protruding direction. The specific structure of the telescopic mechanism 30 is as described above.

ここで、第２の実施形態におけるキー部２９の伸縮機構３０は、案内溝１８と係合するときにキー部２９を定常状態から収縮させると共に、キー部２９が凹部４１と嵌合するときに突出させて定常状態に復元させるものである。すなわち、キー部２９は凹部４１と嵌合した際に定常状態に復元するように、当初（定常状態）の突出位置が設定されている。キー部２９は案内溝１８と係合する際に、上記した定常状態から伸縮機構３０に基づいて後退（収縮）するように構成されている。伸縮機構３０は前述した第１の実施形態と同様に、各種のばね材やゴム状弾性体で構成することができる。 Here, the expansion / contraction mechanism 30 of the key portion 29 in the second embodiment causes the key portion 29 to contract from the steady state when engaging with the guide groove 18, and also when the key portion 29 engages with the recess 41. It is projected and restored to a steady state. That is, the initial (steady state) protruding position is set so that the key portion 29 is restored to the steady state when fitted to the recess 41. When the key portion 29 is engaged with the guide groove 18, the key portion 29 is configured to retract (contract) from the above-described steady state based on the expansion / contraction mechanism 30. The expansion / contraction mechanism 30 can be comprised with various spring materials and rubber-like elastic bodies similarly to 1st Embodiment mentioned above.

上述したような燃料カートリッジ５に収容された液体燃料を燃料電池本体４の燃料タンク３に供給するにあたっては、図１８および図１９に示すように、燃料カートリッジ５のノズル部９を燃料タンク３に設けられたソケット部６に挿入して接続する。ここで、ソケット部６のキー部２９は、定常状態（ソケット部６にノズル部９が挿入されていない状態）では伸縮機構３０のばね力や弾性力等によって、ハウジング２１の内周面から径方向内側に突出している。このようなソケット部６のキー部２９をノズル部９の案内溝１８に係合させながら、ノズル部９をソケット部６に挿入する。 In supplying the liquid fuel stored in the fuel cartridge 5 as described above to the fuel tank 3 of the fuel cell main body 4, the nozzle portion 9 of the fuel cartridge 5 is inserted into the fuel tank 3 as shown in FIGS. 18 and 19. Insert and connect to the provided socket portion 6. Here, the key portion 29 of the socket portion 6 has a diameter from the inner peripheral surface of the housing 21 by a spring force or an elastic force of the expansion / contraction mechanism 30 in a steady state (a state where the nozzle portion 9 is not inserted into the socket portion 6). Projects inward. The nozzle portion 9 is inserted into the socket portion 6 while the key portion 29 of the socket portion 6 is engaged with the guide groove 18 of the nozzle portion 9.

ノズル部９をソケット部６に挿入すると、まずキー部２９が伸縮機構３０で後退（収縮）して案内溝１８に係合する。さらに、ノズル挿入部１２の先端部がゴムホルダ２３に接触し、バルブ機構が開状態となる前に液体燃料の流路周辺のシールが確立される。この状態からノズル部９をソケット部６に差し込むと、図１８に示すようにキー部２９が後退した状態を維持しつつ案内溝１８を遡り、ノズル部９のバルブステム１４ｃとソケット部６のバルブステム２４ｃの先端同士が突き当たる。 When the nozzle portion 9 is inserted into the socket portion 6, the key portion 29 is first retracted (contracted) by the expansion / contraction mechanism 30 and engaged with the guide groove 18. Further, the tip of the nozzle insertion portion 12 contacts the rubber holder 23, and a seal around the liquid fuel flow path is established before the valve mechanism is opened. When the nozzle portion 9 is inserted into the socket portion 6 from this state, as shown in FIG. 18, the key portion 29 moves backward while maintaining the retracted state, and the valve stem 14 c of the nozzle portion 9 and the valve of the socket portion 6 The tips of the stem 24c come into contact with each other.

この状態からさらにノズル部９をソケット部６に差し込むと、図１９に示すようにキー部２９が凹部４１に嵌合してノズル部９とソケット部６とが接続されると同時に、ソケット部６のバルブ２４とノズル部９のバルブ１４とが順に開放されて液体燃料流路が確立する。この際、キー部２９は伸縮機構３０のばね力（復元力）等で定常状態に復元し、これにより凹部４１と嵌合する。このようにして、ノズル部９とソケット部６との接続が確立される。さらに、キー部２９を凹部４１に嵌合させることによって、操作者にロック感（クリック感）を与えて、接続操作が完了したことを実感させることができる。 When the nozzle portion 9 is further inserted into the socket portion 6 from this state, as shown in FIG. 19, the key portion 29 is fitted into the concave portion 41 so that the nozzle portion 9 and the socket portion 6 are connected to each other at the same time. The valve 24 and the valve 14 of the nozzle portion 9 are sequentially opened to establish a liquid fuel flow path. At this time, the key portion 29 is restored to a steady state by the spring force (restoring force) of the expansion / contraction mechanism 30, and thereby is fitted to the recess 41. In this way, the connection between the nozzle portion 9 and the socket portion 6 is established. Further, by fitting the key portion 29 into the recess 41, it is possible to give the operator a lock feeling (click feeling) and realize that the connection operation has been completed.

この実施形態の燃料カートリッジ５の接続機構においては、キー部２９を伸縮可能とすることによって、案内溝１８の終端部に設けた凹部４１にキー部２９を嵌合させる接続構造の適用を可能としている。さらに、キー部２９が伸縮機構３０により後退して案内溝１８に係合し、この状態を維持して案内溝１８を遡るため、金属製のキー部２９で樹脂製の案内溝１８が削られることを抑制することができる。さらに、キー部２９を接続状態確認部としての凹部４１に確実に結合させることができる。 In the connection mechanism of the fuel cartridge 5 of this embodiment, by making the key portion 29 extendable and contractable, it is possible to apply a connection structure in which the key portion 29 is fitted into the recess 41 provided at the terminal portion of the guide groove 18. Yes. Further, the key portion 29 is retracted by the expansion / contraction mechanism 30 and engages with the guide groove 18, and this state is maintained and the guide groove 18 is traced back. Therefore, the resin guide groove 18 is cut by the metal key portion 29. This can be suppressed. Furthermore, the key part 29 can be reliably coupled to the concave part 41 as the connection state confirmation part.

ノズル部９の案内溝１８に形成する凹部４１の形状は、特に限定されるものではなく、例えば図２０に示す断面台形状や図２１に示す断面半円状等が挙げられる。また、キー部２９の嵌合や離脱を容易にするめために、例えば図２２や図２３に示すようにキー部２９の挿入方向の傾斜を緩やかにした形状等を適用することも可能である。さらに、案内溝１８は図２０ないし図２３に示した直線形状に限らず、Ｊ形状を有するものであってもよい。すなわち、案内溝１８は、燃料カートリッジ５の挿入方向に沿って形成された直線部と、この直線部から連続して周方向に変位する曲線部とを有し、さらに曲線部の終端部に凹部４１を設けたものであってもよい。 The shape of the recessed part 41 formed in the guide groove 18 of the nozzle part 9 is not specifically limited, For example, the cross-sectional trapezoid shape shown in FIG. 20, the cross-sectional semicircle shape shown in FIG. Further, in order to facilitate the fitting and detaching of the key part 29, for example, as shown in FIG. 22 and FIG. Furthermore, the guide groove 18 is not limited to the linear shape shown in FIGS. 20 to 23, and may have a J shape. That is, the guide groove 18 has a straight portion formed along the insertion direction of the fuel cartridge 5 and a curved portion that is continuously displaced from the straight portion in the circumferential direction, and is further recessed at the end of the curved portion. 41 may be provided.

この実施形態による燃料カートリッジ５の接続機構（ソケット部６とノズル部９とによる接続機構）によれば、ソケット部６側のキー部２９でノズル部９側の案内溝１８等が削られることが抑制される。従って、燃料カートリッジ５のロック状態を継続的に維持することができると共に、ロック感（クリック感）を持続的に付与することが可能となる。そして、燃料カートリッジ５の接続と同時にノズル部９とソケット部６の流路をそれぞれ開くことによって、燃料カートリッジ５に収容された液体燃料を燃料電池本体４の燃料タンク３に供給することができる。このような接続機構を適用した燃料電池１によれば、接続信頼性、操作性、液体燃料の供給信頼性等を向上させることが可能となる。 According to the connecting mechanism of the fuel cartridge 5 according to this embodiment (the connecting mechanism using the socket part 6 and the nozzle part 9), the guide groove 18 and the like on the nozzle part 9 side can be cut off by the key part 29 on the socket part 6 side. It is suppressed. Therefore, the locked state of the fuel cartridge 5 can be continuously maintained, and a lock feeling (click feeling) can be continuously given. The liquid fuel accommodated in the fuel cartridge 5 can be supplied to the fuel tank 3 of the fuel cell body 4 by opening the flow paths of the nozzle portion 9 and the socket portion 6 simultaneously with the connection of the fuel cartridge 5. According to the fuel cell 1 to which such a connection mechanism is applied, connection reliability, operability, liquid fuel supply reliability, and the like can be improved.

次に、燃料電池本体４の構造について説明する。燃料電池本体４は特に限定されるものではなく、例えばパッシブ型やアクティブ型のＤＭＦＣを適用することができる。ここでは、燃料電池本体４に内部気化型のＤＭＦＣを適用した実施形態について、図２４を参照して説明する。ただし、これに限定されるものではない。図２４に示す内部気化型（パッシブ型）のＤＭＦＣ４は、起電部を構成する燃料電池セル２と燃料タンク３に加えて、これらの間に介在された気体選択透過膜５１を具備している。 Next, the structure of the fuel cell body 4 will be described. The fuel cell body 4 is not particularly limited, and for example, a passive or active DMFC can be applied. Here, an embodiment in which an internal vaporization type DMFC is applied to the fuel cell main body 4 will be described with reference to FIG. However, it is not limited to this. The internal vaporization type (passive type) DMFC 4 shown in FIG. 24 is provided with a gas permselective membrane 51 interposed therebetween in addition to the fuel cell 2 and the fuel tank 3 constituting the electromotive unit. .

燃料電池セル２は、アノード触媒層５２およびアノードガス拡散層５３からなるアノード（燃料極）と、カソード触媒層５４およびカソードガス拡散層５５からなるカソード（酸化剤極／空気極）と、アノード触媒層５２とカソード触媒層５４とで挟持されたプロトン（水素イオン）伝導性の電解質膜５６とから構成される膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）を有している。アノード触媒層５２およびカソード触媒層５４に含有される触媒としては、例えば、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ等の白金族元素の単体、白金族元素を含有する合金等が挙げられる。 The fuel cell 2 includes an anode (fuel electrode) composed of an anode catalyst layer 52 and an anode gas diffusion layer 53, a cathode (oxidant electrode / air electrode) composed of a cathode catalyst layer 54 and a cathode gas diffusion layer 55, and an anode catalyst. A membrane electrode assembly (MEA) composed of a proton (hydrogen ion) conductive electrolyte membrane 56 sandwiched between the layer 52 and the cathode catalyst layer 54 is provided. Examples of the catalyst contained in the anode catalyst layer 52 and the cathode catalyst layer 54 include a simple substance of a platinum group element such as Pt, Ru, Rh, Ir, Os, and Pd, an alloy containing the platinum group element, and the like.

具体的には、アノード触媒層５２にメタノールや一酸化炭素に対して強い耐性を有するＰｔ−ＲｕやＰｔ−Ｍｏ等を、カソード触媒層５４に白金やＰｔ−Ｎｉ等を用いることが好ましい。また、炭素材料のような導電性担持体を使用する担持触媒、あるいは無担持触媒を使用してもよい。電解質膜５６を構成するプロトン伝導性材料としては、例えばスルホン酸基を有するパーフルオロスルホン酸重合体のようなフッ素系樹脂（ナフィオン（商品名、デュポン社製）やフレミオン（商品名、旭硝子社製）等）、スルホン酸基を有する炭化水素系樹脂、タングステン酸やリンタングステン酸等の無機物等が挙げられる。ただし、これらに限られるものではない。 Specifically, it is preferable to use Pt—Ru, Pt—Mo or the like having strong resistance to methanol or carbon monoxide for the anode catalyst layer 52 and platinum, Pt—Ni or the like for the cathode catalyst layer 54. Further, a supported catalyst using a conductive support such as a carbon material or an unsupported catalyst may be used. Examples of the proton conductive material constituting the electrolyte membrane 56 include fluorine-based resins such as perfluorosulfonic acid polymer having a sulfonic acid group (Nafion (trade name, manufactured by DuPont) and Flemion (trade name, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.). Etc.), hydrocarbon resins having a sulfonic acid group, and inorganic substances such as tungstic acid and phosphotungstic acid. However, it is not restricted to these.

アノード触媒層５２に積層されるアノードガス拡散層５３は、アノード触媒層５２に燃料を均一に供給する役割を果たすと同時に、アノード触媒層５２の集電体も兼ねている。一方、カソード触媒層５４に積層されるカソードガス拡散層５５は、カソード触媒層５４に酸化剤を均一に供給する役割を果たすと同時に、カソード触媒層５４の集電体も兼ねている。アノードガス拡散層５３にはアノード導電層５７が積層され、カソードガス拡散層５５にはカソード導電層５８が積層されている。 The anode gas diffusion layer 53 laminated on the anode catalyst layer 52 serves to uniformly supply fuel to the anode catalyst layer 52 and also serves as a current collector for the anode catalyst layer 52. On the other hand, the cathode gas diffusion layer 55 laminated on the cathode catalyst layer 54 serves to uniformly supply the oxidant to the cathode catalyst layer 54 and also serves as a current collector for the cathode catalyst layer 54. An anode conductive layer 57 is stacked on the anode gas diffusion layer 53, and a cathode conductive layer 58 is stacked on the cathode gas diffusion layer 55.

アノード導電層５７およびカソード導電層５８は、例えば金のような導電性金属材料からなるメッシュや多孔質膜、あるいは薄膜等で構成されている。なお、電解質膜５６とアノード導電層５７との間、および電解質膜５６とカソード導電層５８との間には、ゴム製のＯリング５９、６０が介在されており、これらによって燃料電池セル（膜電極接合体）２からの燃料漏れや酸化剤漏れを防止している。 The anode conductive layer 57 and the cathode conductive layer 58 are configured by a mesh, a porous film, a thin film, or the like made of a conductive metal material such as gold. Rubber O-rings 59 and 60 are interposed between the electrolyte membrane 56 and the anode conductive layer 57, and between the electrolyte membrane 56 and the cathode conductive layer 58, and thereby, fuel cell (membrane). Electrode assembly) 2 prevents fuel leakage and oxidant leakage.

燃料タンク３の内部には、液体燃料Ｆとしてメタノール燃料が充填されている。また、燃料タンク３は燃料電池セル２側が開口されており、この燃料タンク３の開口部と燃料電池セル２との間に気体選択透過膜５１が設置されている。気体選択透過膜５１は、液体燃料Ｆの気化成分のみを透過し、液体成分は透過させない気液分離膜である。このような気体選択透過膜５１の構成材料としては、例えばポリテトラフルオロエチレンのようなフッ素樹脂が挙げられる。ここで、液体燃料Ｆの気化成分とは、液体燃料Ｆとしてメタノール水溶液を使用した場合にはメタノールの気化成分と水の気化成分からなる混合気、純メタノールを使用した場合にはメタノールの気化成分を意味する。 The fuel tank 3 is filled with methanol fuel as the liquid fuel F. The fuel tank 3 is opened on the fuel cell 2 side, and a gas selective permeable membrane 51 is installed between the opening of the fuel tank 3 and the fuel cell 2. The gas selective permeable membrane 51 is a gas-liquid separation membrane that transmits only the vaporized component of the liquid fuel F and does not transmit the liquid component. Examples of the constituent material of the gas selective permeable membrane 51 include a fluororesin such as polytetrafluoroethylene. Here, the vaporization component of the liquid fuel F is a mixture of a vaporization component of methanol and a vaporization component of water when a methanol aqueous solution is used as the liquid fuel F, and a vaporization component of methanol when pure methanol is used. Means.

カソード導電層５８上には保湿層６１が積層されており、さらにその上には表面層６２が積層されている。表面層６２は酸化剤である空気の取入れ量を調整する機能を有し、その調整は表面層６２に形成された空気導入口６３の個数やサイズ等を変更することで行う。保湿層６１はカソード触媒層５４で生成された水の一部が含浸されて、水の蒸散を抑制する役割を果たすと共に、カソードガス拡散層５５に酸化剤を均一に導入することで、カソード触媒層５４への酸化剤の均一拡散を促進する機能も有している。保湿層６１は例えば多孔質構造の部材で構成され、具体的な構成材料としてはポリエチレンやポリプロピレンの多孔質体等が挙げられる。 A moisturizing layer 61 is laminated on the cathode conductive layer 58, and a surface layer 62 is further laminated thereon. The surface layer 62 has a function of adjusting the amount of air that is an oxidant, and the adjustment is performed by changing the number and size of the air inlets 63 formed in the surface layer 62. The moisturizing layer 61 is impregnated with a part of the water produced in the cathode catalyst layer 54 and serves to suppress the transpiration of water, and by uniformly introducing an oxidant into the cathode gas diffusion layer 55, the cathode catalyst. It also has the function of promoting uniform diffusion of the oxidant into the layer 54. The moisturizing layer 61 is composed of, for example, a porous member, and specific constituent materials include polyethylene and polypropylene porous bodies.

そして、燃料タンク３上に気体選択透過膜５１、燃料電池セル２、保湿層６１、表面層６２を順に積層し、さらにその上から例えばステンレス製のカバー６４を被せて全体を保持することによって、この実施形態のパッシブ型ＤＭＦＣ（燃料電池本体）４が構成されている。カバー６４には表面層６２に形成された空気導入口６３と対応する部分に開口が設けられている。また、燃料タンク３にはカバー６４の爪６４ａを受けるテラス６５が設けられており、このテラス６５に爪６４ａをかしめることで燃料電池本体４全体をカバー６４で一体的に保持している。なお、図２４では図示を省略したが、図１に示したように燃料タンク３の下面側にはソケット部６を有する燃料供給部７が設けられている。 Then, the gas selective permeable membrane 51, the fuel battery cell 2, the moisture retention layer 61, and the surface layer 62 are sequentially laminated on the fuel tank 3, and further, for example, a stainless steel cover 64 is covered thereon to hold the whole, A passive DMFC (fuel cell main body) 4 of this embodiment is configured. The cover 64 is provided with an opening at a portion corresponding to the air inlet 63 formed in the surface layer 62. Further, the fuel tank 3 is provided with a terrace 65 for receiving the claw 64 a of the cover 64. The claw 64 a is caulked on the terrace 65 so that the entire fuel cell body 4 is integrally held by the cover 64. Although not shown in FIG. 24, a fuel supply unit 7 having a socket 6 is provided on the lower surface side of the fuel tank 3 as shown in FIG.

上述したような構成を有するパッシブ型ＤＭＦＣ（燃料電池本体）４においては、燃料タンク３内の液体燃料Ｆ（例えばメタノール水溶液）が気化し、この気化成分が気体選択透過膜５１を透過して燃料電池セル２に供給される。燃料電池セル２内において、液体燃料Ｆの気化成分はアノードガス拡散層５３で拡散されてアノード触媒層５２に供給される。アノード触媒層５２に供給された気化成分は、下記の(1)式に示すメタノールの内部改質反応を生じさせる。
ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ → ＣＯ₂＋6Ｈ⁺＋6ｅ^- …(1) In the passive DMFC (fuel cell main body) 4 having the above-described configuration, the liquid fuel F (for example, methanol aqueous solution) in the fuel tank 3 is vaporized, and the vaporized component permeates the gas selective permeable membrane 51 to produce fuel. The battery cell 2 is supplied. In the fuel cell 2, the vaporized component of the liquid fuel F is diffused in the anode gas diffusion layer 53 and supplied to the anode catalyst layer 52. The vaporized component supplied to the anode catalyst layer 52 causes an internal reforming reaction of methanol represented by the following formula (1).
CH ₃ OH + H ₂ O → CO ₂ + 6H ⁺ + 6e ⁻ (1)

なお、液体燃料Ｆとして純メタノールを使用した場合には、燃料タンク３から水蒸気が供給されないため、カソード触媒層５４で生成した水や電解質膜５６中の水をメタノールと反応させて(1)の内部改質反応を生起するか、あるいは上記した(1)式の内部改質反応によらず、水を必要としない他の反応機構により内部改質反応を生じさせる。 When pure methanol is used as the liquid fuel F, since water vapor is not supplied from the fuel tank 3, the water produced in the cathode catalyst layer 54 or the water in the electrolyte membrane 56 is reacted with methanol to satisfy (1). Either the internal reforming reaction occurs or the internal reforming reaction is caused by another reaction mechanism that does not require water, regardless of the internal reforming reaction of the above formula (1).

内部改質反応で生成されたプロトン（Ｈ⁺）は電解質膜５６を伝導し、カソード触媒層５４に到達する。表面層６２の空気導入口６３から取り入れられた空気（酸化剤）は、保湿層６１、カソード導電層５７、カソードガス拡散層５５を拡散して、カソード触媒層５４に供給される。カソード触媒層５４に供給された空気は、次の(2)式に示す反応を生じさせる。この反応によって、水の生成を伴う発電反応が生じる。
（3/2）Ｏ₂＋6Ｈ⁺＋6ｅ^- → 3Ｈ₂Ｏ …(2) Protons (H ⁺ ) generated by the internal reforming reaction are conducted through the electrolyte membrane 56 and reach the cathode catalyst layer 54. Air (oxidant) taken from the air inlet 63 of the surface layer 62 diffuses through the moisturizing layer 61, the cathode conductive layer 57, and the cathode gas diffusion layer 55 and is supplied to the cathode catalyst layer 54. The air supplied to the cathode catalyst layer 54 causes the reaction shown in the following formula (2). This reaction causes a power generation reaction that accompanies the generation of water.
(3/2) O ₂ + 6H ⁺ + 6e ⁻ → 3H ₂ O (2)

上述した反応に基づく発電反応が進行するにしたがって、燃料タンク３内の液体燃料Ｆ（例えばメタノール水溶液や純メタノール）は消費される。燃料タンク３内の液体燃料Ｆが空になると発電反応が停止するため、その時点でもしくはそれ以前の時点で燃料タンク３内に燃料カートリッジ５から液体燃料を供給する。燃料カートリッジ５からの液体燃料の供給は、前述したように燃料カートリッジ５側のノズル部９を燃料電池本体４側のソケット部６に挿入して接続することにより実施される。 As the power generation reaction based on the above-described reaction proceeds, the liquid fuel F (for example, methanol aqueous solution or pure methanol) in the fuel tank 3 is consumed. Since the power generation reaction stops when the liquid fuel F in the fuel tank 3 becomes empty, the liquid fuel is supplied from the fuel cartridge 5 into the fuel tank 3 at that time or before that time. As described above, the liquid fuel is supplied from the fuel cartridge 5 by inserting and connecting the nozzle portion 9 on the fuel cartridge 5 side to the socket portion 6 on the fuel cell body 4 side.

この実施形態の燃料電池（パッシブ型ＤＭＦＣ）においては、燃料カートリッジ５を燃料電池本体４に容易にかつ確実に接続することができるため、燃料カートリッジ５から燃料電池本体４への液体燃料の供給を継続的に信頼性よく実施することが可能となる。特に、小型化が進められているパッシブ型ＤＭＦＣに好適である。ただし、本発明の接続機構はこれに限られるものではなく、燃料カートリッジで液体燃料を供給する機構を有する各種の燃料電池に適用可能である。 In the fuel cell (passive DMFC) of this embodiment, since the fuel cartridge 5 can be easily and reliably connected to the fuel cell main body 4, liquid fuel is supplied from the fuel cartridge 5 to the fuel cell main body 4. It becomes possible to carry out continuously and reliably. In particular, it is suitable for a passive DMFC whose size is being reduced. However, the connection mechanism of the present invention is not limited to this, and can be applied to various fuel cells having a mechanism for supplying liquid fuel with a fuel cartridge.

本発明の一実施形態による燃料電池の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the fuel cell by one Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態による燃料カートリッジの接続機構（ノズル部とソケット部とによる接続機構）の構成（未接続状態）を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure (unconnected state) of the connection mechanism (connection mechanism by a nozzle part and a socket part) of the fuel cartridge by the 1st Embodiment of this invention. 図２に示すソケット部におけるキー部の伸縮機構の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the expansion-contraction mechanism of the key part in the socket part shown in FIG. 図２に示すソケット部におけるキー部の伸縮機構の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the expansion-contraction mechanism of the key part in the socket part shown in FIG. 図３に示すキー部の一変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the key part shown in FIG. 図４に示すキー部の一変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the key part shown in FIG. 図２に示す接続機構の結合進行状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the coupling | bonding progress state of the connection mechanism shown in FIG. 図２に示す接続機構の結合状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the coupling | bonding state of the connection mechanism shown in FIG. 図２に示すノズル部の案内溝に形成する凸部の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the convex part formed in the guide groove of the nozzle part shown in FIG. 図２に示すノズル部の案内溝に形成する凸部の他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of the convex part formed in the guide groove of the nozzle part shown in FIG. 図２に示すノズル部の案内溝に形成する凸部のさらに他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the further another example of the convex part formed in the guide groove of the nozzle part shown in FIG. 図２に示すノズル部の案内溝に形成する凸部のさらに他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the further another example of the convex part formed in the guide groove of the nozzle part shown in FIG. 図２に示すノズル部の案内溝の側面に凸部を形成した一例を示す正面図である。It is a front view which shows an example which formed the convex part in the side surface of the guide groove of the nozzle part shown in FIG. 図１３に示す凸部の変形例を示す正面図である。It is a front view which shows the modification of the convex part shown in FIG. 図２に示すノズル部の案内溝と凸部の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the guide groove and convex part of a nozzle part shown in FIG. 図１５に示す凸部の変形例を示す正面図である。It is a front view which shows the modification of the convex part shown in FIG. 本発明の第２の実施形態による燃料カートリッジの接続機構（ノズル部とソケット部とによる接続機構）の構成（未接続状態）を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure (unconnected state) of the connection mechanism (connection mechanism by a nozzle part and a socket part) of the fuel cartridge by the 2nd Embodiment of this invention. 図１７に示す接続機構の結合進行状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the coupling | bonding progress state of the connection mechanism shown in FIG. 図１７に示す接続機構の結合状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the combined state of the connection mechanism shown in FIG. 図１７に示すノズル部の案内溝に形成する凹部の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the recessed part formed in the guide groove of the nozzle part shown in FIG. 図１７に示すノズル部の案内溝に形成する凹部の他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of the recessed part formed in the guide groove of the nozzle part shown in FIG. 図１７に示すノズル部の案内溝に形成する凹部のさらに他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the further another example of the recessed part formed in the guide groove of the nozzle part shown in FIG. 図１７に示すノズル部の案内溝に形成する凹部のさらに他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the further another example of the recessed part formed in the guide groove of the nozzle part shown in FIG. 図１に示す燃料電池における燃料電池本体の一例として内部気化型ＤＭＦＣの構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structural example of internal vaporization type DMFC as an example of the fuel cell main body in the fuel cell shown in FIG.

Explanation of symbols

１…燃料電池、２…燃料電池セル、３…燃料タンク、４…燃料電池本体、５…燃料カートリッジ、６…ソケット部（メス側カップラ）、８…カートリッジ本体、９…ノズル部（オス側カップラ）、１２…ノズル挿入部、１４，２４…バルブ、１８…案内溝、１９…凸部、２１…ハウジング、２９…キー部、３０…伸縮機構、３１…板ばね、３２…コイルばね、４１…凹部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell, 2 ... Fuel cell, 3 ... Fuel tank, 4 ... Fuel cell main body, 5 ... Fuel cartridge, 6 ... Socket part (female side coupler), 8 ... Cartridge main body, 9 ... Nozzle part (male side coupler) , 12 ... Nozzle insertion part, 14, 24 ... Valve, 18 ... Guide groove, 19 ... Convex part, 21 ... Housing, 29 ... Key part, 30 ... Telescopic mechanism, 31 ... Leaf spring, 32 ... Coil spring, 41 ... Recess.

Claims

A nozzle portion provided in a fuel cartridge, the nozzle portion including a guide groove formed in an outer peripheral portion thereof, and a connection state confirmation portion having a convex portion or a concave portion formed in the vicinity of a terminal end portion of the guide groove; ,
A socket portion provided in the fuel cell main body and connected by inserting the nozzle portion, and is provided so as to protrude from an inner peripheral surface thereof, and engages with the guide groove to guide insertion of the fuel cartridge. And a socket portion provided with a key portion that is in contact with the connection state confirmation portion to indicate a connection state between the nozzle portion and the socket portion, and an expansion / contraction mechanism that expands and contracts the key portion in the protruding direction. A fuel cartridge connection mechanism for a fuel cell.

The fuel cartridge connecting mechanism for a fuel cell according to claim 1,
The connecting mechanism for a fuel cartridge for a fuel cell, wherein the expansion / contraction mechanism contracts the key part in a steady state when the key part gets over the convex part constituting the connection state confirmation part.

The fuel cartridge connecting mechanism for a fuel cell according to claim 1,
When the key portion engages with the guide groove, the expansion / contraction mechanism contracts the key portion in a steady state and when the key portion engages with the concave portion constituting the connection state confirmation portion. A fuel cartridge connecting mechanism for a fuel cell, wherein the key part in the contracted state is projected to be restored to a steady state.

In the connection mechanism of the fuel cartridge for fuel cells according to any one of claims 1 to 3,
The connection mechanism for a fuel cartridge for a fuel cell, wherein the expansion / contraction mechanism includes a spring material or a rubber-like elastic body that expands / contracts the key portion.

The fuel cell fuel cartridge connection mechanism according to any one of claims 1 to 4, wherein:
The fuel cartridge connecting mechanism for a fuel cell, wherein the key portion has a curved surface or an inclined surface provided on a tip side thereof.

In the connection mechanism of the fuel cartridge for fuel cells according to claim 5,
The fuel cartridge connecting mechanism for a fuel cell, wherein the key portion extends and contracts so that the nozzle portion rotates when a twisting force is applied to the fuel cartridge connected to the socket portion. .

In the connection mechanism of the fuel cartridge for fuel cells according to any one of claims 1 to 6,
The key portion and the guide groove have at least one selected from a shape, an arrangement number, and an arrangement interval corresponding to the liquid fuel, and a nozzle portion of the fuel cartridge that accommodates the liquid fuel corresponding to the fuel cell main body. A fuel cartridge fuel cartridge connection mechanism, wherein the key portion and the guide groove engage with each other only when the socket is connected to the socket portion.

In the connection mechanism of the fuel cartridge for fuel cells according to any one of claims 1 to 7,
The connection mechanism of the fuel cartridge for a fuel cell, wherein the connection state confirmation part has one or more protrusions or recesses formed on a bottom surface or a side surface of the guide groove.

In the connection mechanism of the fuel cartridge for fuel cells according to any one of claims 1 to 8,
The fuel cartridge connecting mechanism for a fuel cell, wherein the guide groove is formed in a straight line along an insertion direction of the fuel cartridge on an outer peripheral surface of the nozzle portion.

In the connection mechanism of the fuel cartridge for fuel cells according to any one of claims 1 to 8,
The guide groove has a linear portion formed along an insertion direction of the fuel cartridge on an outer peripheral surface of the nozzle portion, and a curved portion that is continuously displaced in the circumferential direction from the linear portion. Connection mechanism of fuel cartridge for fuel cell.

In the connection mechanism of the fuel cartridge for fuel cells of any one of Claims 1 thru | or 10,
The nozzle part and the socket part each incorporate a valve mechanism, and a fuel cartridge fuel cartridge connection mechanism.

A fuel cartridge comprising a cartridge body containing liquid fuel for a fuel cell, and a nozzle portion provided in the cartridge body;
A fuel cell main body comprising: a fuel supply part having a socket part detachably connected to the nozzle part of the fuel cartridge; and an electromotive part that is supplied with the liquid fuel from the fuel supply part and performs a power generation operation. ,
12. The fuel cell according to claim 1, wherein the nozzle part of the fuel cartridge and the socket part of the fuel cell main body include the fuel cartridge connecting mechanism for a fuel cell according to any one of claims 1 to 11.

The fuel cell according to claim 12, wherein
The electromotive unit includes a fuel electrode, an oxidant electrode, and an electrolyte membrane sandwiched between the fuel electrode and the oxidant electrode.

The fuel cell according to claim 13, wherein
The fuel cell further includes a gas permselective membrane interposed between the fuel tank and the electromotive unit and supplying a vaporized component of the liquid fuel to the fuel electrode.